用于监测湿度和/或环境酸度/碱度和/或腐蚀的集成电子设备的制造方法_3

文档序号:9382915阅读:来源:国知局
111、121的传导性条带136 (例如,金属条带)。分段被示出为两两平行,但是当然其它配置是可能的。
[0080]在这一情况中,第三传导性构件136的外部阻抗Z包括由于连续传导性条带136所致的电阻部分以及由于在条带的互相平行的分段之间通过间隙空间160中沉积的材料创建的电容效应所致的电容部分。
[0081]在这里提到的所有设备实施例中,形成第三传导性构件13的传导性条带130-136在实现方式示例中可以是通过喷墨模制到钝化层14上获得的金属条带。
[0082]这类条带优选地由组成待监测的结构的内部金属结构(例如,铁、钢或其它)的相同金属制成,在良好近似下其因此经受相似的腐蚀。
[0083]现在参照图11和12,描述了根据本发明的设备I的又一实施例。这类实施例对应于所图示的那些实施例(包括其不同的变体),除了以下方面:电极装置13包括由与分隔层14接触或者接近而存在的水和/或湿气(例如,水滴90)形成的等效电极装置(13),以便与第一传导性构件11形成具有相应第一等效电容Cl的第一等效电容器Cl,并且与第二传导性构件12形成具有相应第二等效电容C2的第二等效电容器C2。这类等效电极装置充当具有相应的等效外部阻抗的值的等效外部阻抗。因此,在这一情况中电磁电路73包括由第一等效电容器Cl、等效外部阻抗Z和第二等效电容器C2形成的串联;电磁电路73的总阻抗包括第一等效电容Cl、等效外部阻抗Z和第二等效电容C2的串联。
[0084]注意到一旦第三传导性构件(被放置在钝化层14外部)的腐蚀完成,或者已经超过预设程度,图11中所描述的实施例可以在对应于根据其它实施例的设备的使用状态。因此,另外在这类情况中,设备I保持有用的功能,从而提供如下信息:外部金属元件的非常严重的腐蚀的发生,并且因此假定地建筑结构内部的金属结构的腐蚀的发生;可选的水的存在和这类水的pH。
[0085]这在由测量模块15测量的等效阻抗从很高的值、基本为无限(在没有水并且严重腐蚀的第三传导性构件处于非操作状况时发现)降低到很低的值(由接近钝化层14而积累的水的存在导致)时的时刻被观察,水由于其本身的传导性属性而偏离电场的电力线并且实际上导致在与第一传导性构件11和第二传导性构件12重叠的地带之间的连接,从而在其间形成相应的等效电容器。
[0086]更具体而言,水的微粒90通过电感应改变电场的力线并且组成等效外部电枢。因此,有可能通过这类等效电容器的电容的变化的方式来测量水的存在。相似地,在等效电枢附近存在酸或碱离子(离子更改等效电容器的电荷)的情况中,使用相同的原理来测量PH变化。
[0087]如在另一实施例中,测量模块15被配置为应用连续或优选地为可变的电压。
[0088]如果信号Vin是随时间可变的,则能够测量输出信号的有效值(例如,均方根)或峰间值或Vout峰值的变化,例如以评估等效阻抗的电容变化。备选地,如果Vin是可变的,例如是正弦的,则设备I能够有利地包括串联或并联的谐振电路LC(引入电感,未在图中示出),以便测量这类电路的参数(例如谐振频率)的变化以能够评估pH变化。事实上,由于PH所致的离子的存在更改了等效电容器的电荷并且因此更改了其电容。
[0089]现参照图2,描述根据本发明的设备I的另一实施例。这类实施例对应于图1中所示的实施例(和不同的变体),除了其还包括适于以指示大气环境的湿度和酸度/碱度的方式从周围大气环境中吸收湿气和/或水的吸收材料19 (例如介电的和/或聚合的)的一部分。
[0090]吸收材料19被布置成填充第三传导性构件13的间隙空间,并且其覆盖第三传导性构件13,同时至少部分地包含第三传导性构件13。根据实现方式示例而未描绘,吸收材料19被布置为与分隔层14接触并且完全包围第三传导性构件13,以便除了钝化分隔层14之外形成又一电极间层。
[0091]在图2的实施例中,等效电磁电路的总阻抗取决于被包含在第三传导性构件13的间隙空间中的吸收材料19的湿度水平和/或水的存在和/或酸度/碱度水平。
[0092]在这类实施例中,设备I适于在外部环境中操作,并且待监测的周围环境是大气环境。在这类情况中,还有可能的是替代吸收材料19和第三传导性构件13,这是由于它们是通过分隔层14与第一传导性构件11和第二传导性构件12分隔。
[0093]根据图13中图示的又一实施例,设备I还包括在功能电路装置16内与测量模块15操作连接的集成天线20,以接收与执行的测量和检测相关的数据,并且将其在无线模式中发送。此外,设备I包括在无线模式中连接到集成天线20的用于电磁膨胀/集中的电磁装置2,以接收由其发送的数据并且在无线模式中重新发送数据。
[0094]最后,该设备包括例如聚合材料的支撑体30,检测设备I和电磁装置2被定位(例如,胶黏)在其上并且保持互相完整。
[0095]图13的检测设备I包括与在图11中所示的那些用以测量周围大气环境的湿度和酸度/碱度的结构相似的结构。
[0096]然而,混合的实施例是可能的,其中这类结构与图1或图2或图8中已经示出的结构相似,并且在这类情况中,支撑体30可以以与图2中已经参照吸收材料19示出的结构相似的方式包括第三传导性构件13。
[0097]集成天线20具有在检测设备I外部以无线模式发送测量数据的功能,即取决于并且分别表示待检测的参数中的一种参数的电学变量中的每个电学变量的强度。集成天线20还可以具有从外部接收操作命令的功能。此外,集成天线20可以具有接收射频波的又一功能,其对于检测设备I的远程供电可以是必要的而无需电池或本地的电源。
[0098]电磁装置2满足允许在设备I和远程定位的(例如,在距待监测的结构几厘米或几米的距离处)外部控制和数据收集系统之间的通信的需求。为此,电磁装置22执行膨胀和电磁集中的功能。电磁装置22包括至少两个互相连接的天线,即第一天线21和第二天线22。
[0099]在图13的侧向截面图中,集成天线20和电磁装置2的第一天线21是可见的。在示出设备I的可能物理结构的图14的细节中,第二天线22也是可见的。
[0100]第一天线21优选地通过磁场耦合与集成天线20进行通信。第二天线22通过远场电磁耦合与例如外部数据控制和收集系统的远程天线进行通信。
[0101]电磁装置2和集成天线20本身是已知的。关于其中可以制造它们的方式的进一步细节可以例如在申请人的国际专利申请W02012/084295中找到。
[0102]参照图14,现在描述对与所固体结构300内部的多个点中的湿度和/或水的存在和/或酸度/碱度相关的至少一种参数的监测系统200。这类监测系统200包括位于固体结构300内的内部监测子系统210 ;以及关于固体结构300位于外部并且远离的外部控制和数据收集子系统220。
[0103]内部监测子系统210包括穿过固体结构300的内部的待监测的点的支撑结构211,并且还包括其中多个检测设备中的每个检测设备包括集成天线和电磁集中/膨胀装置的实施例的多个检测设备I。多个检测设备I中的每个检测设备在已知和预定位置被相应的支撑体30固定到支撑结构211。
[0104]外部控制和数据收集子系统220包括能够与检测设备I的电磁装置2电磁地进行通信的外部天线221 ;并且还包括适于接收、存储和处理表示待监测的参数的来自多个检测设备I的数据的数据收集、存储和处理装置222 ;这类装置222包括处理器,该处理器被配置为存储初始校准数据,进行相关于待检测的参数的测量,存储执行的测量并且基于存储的初始校准数据、执行的测量和与先前测量相关的存储的数据来估计或评定待检测的参数。
[0105]在图14的示例中,待监测的结构是钢筋混凝土中的柱子300,其包括可以被用作支撑结构211的加固钢棒301。
[0106]关于其中监测系统200具有能够获得的以上指出的特性的方式的进一步细节可以在申请人的国际专利申请WO 2012/084295中找到。
[0107]在又一实施例中(未描绘),可以省略外部天线221和第二天线22,并且至少一个检测设备I可以经由线缆被连接到外部数据控制和收集单元220。
[0108]图15图示了系统200的特定实施例以及特定应用范围。待监测的结构300包括钢筋混凝土的部分浸入水道或流域的用于桥梁的多个支撑柱301。监测系统200除了之前描述的特性之外,在这一情况中还包括外部湿度和/或PH的另外的传感器223、224,该另外的传感器223、224被连接到外部子系统220的处理器以传送与测量的参数相关的数据,这允许处理器执行更精细的处理操作,该处理操作考虑到由这类另外的外部传感器测量的数据。
[0109]例如,外部传感器223是位于其中柱子300被部分浸入的水内的pH传感器:这可以提供将与由柱子内部的传感器执行的PH测量相关的重要的辅助信息。类似地,另外的外部传感器224是位于邻近柱子所在处的大气环境中的湿度传感器:这可以提供将与由柱子内部的传感器执行的湿度测量相关的重要的辅助信息。
[0110]本文在下面将描述用于检测与环境的湿度和/或水的存在和/或酸度/碱度相关的至少一种参数的方法,该方法借助于如上所述的检测设备来实现。
[0111]根据实施例,这类方法包括以下步骤:
[0112]a)提供集成电子检测设备1,该集成电子检测设备I包括:与周围环境的、至少部分地由绝缘和/或钝化材料形成的分隔层14 ;由导电材料制成的第一传导性构件11和第二传导性构件12,第一传导性构件11和第二传导性构件12相对于周围环境被布置在分隔层14内部,并且通过分隔层14与周围环境分隔;测量模块15,该测量模块15具有与第一传导性构件11和第二传导性构件12电连接的两个测量端子151、152 ;
[0113]b)测量所述测量端子151、152之间的参考阻抗;
[0114]c)在待监测的环境内布置设备I ;
[0115]d)由测量模块15提供第一传导性构件11和第二传导性构件12之间的电势差;
[0116]e)由测量模块15测量存在于测量端子之间的总阻抗,该总阻抗被称为等效电磁电路,该等效电磁电路相对于第
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